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- 2021-05-26 发布
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第五章 功和能
1.从近几年高考来看,关于功和功率的考查,多以选择题的形式出现,有时与电流及电磁感应相结合命题.
2.功和能的关系一直是高考的“重中之重”,是高考的热点和重点,涉及这部分内容的考题不但题型全、分量重,而且还经常有压轴题,考查最多的是动能定理和机械能守恒定律,且多数题目是与牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动以及电磁学等知识相结合的综合性试题.
3.动能定理及能量守恒定律仍将是高考考查的重点.高考题注重与生产、生活、科技相结合,将对相关知识的考查放在一些与实际问题相结合的情境中去,能力要求不会降低.
第23讲 探究动能定理
1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.
2.体会探究过程和所使用的方法.
基本实验要求
1.实验目的
探究功与物体速度变化的关系.
2.实验原理
(1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功为W.
(2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为2W.
(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为3W.
(4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度,列表、作图,即可求出v-W关系.
3.实验器材
橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等.
4.实验步骤
(1)用一条橡皮筋拉小车——做功W.
(2)用两条橡皮筋拉小车——做功2W.
(3)用三条橡皮筋拉小车——做功3W.
(4)测出每次小车获得的速度.
(5)分别用各次实验测得的v和W绘出W-v、W-v2,W-v3、W-关系图.
5.实验结论
找出v与W间的关系W=mv2.
规律方法总结
1.实验注意事项
(1)将木板一端垫高,使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡.方法是轻推小车,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动,找到长木板的一个合适的倾角.
(2)测小车速度时,应选纸带上的点均匀的部分,也就是选小车做匀速运动的部分.
(3)橡皮筋应选规格一样的.力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值.
(4)小车质量应大一些,使纸带上打的点多一些.
2.实验探究的技巧与方法
(1)不直接计算W和v的数值,而只是看第2次、第3次……实验中的W和v是第1次的多少倍,简化数据的测量和处理.
(2)用W-v2图象处理实验数据,这比W-v图象更加直观、明了.
★典型案例★某同学用如图所示装置“研究物体的加速度与外力关系”,他将光电门固定在气垫轨道上的某点B处,调节气垫导轨水平后,用重力为F的钩码,经绕过滑轮的细线拉滑块,每次滑块从同一位置A由静止释放,测出遮光条通过光电门的时间t。改变钩码个数,重复上述实验。记录的数据及相关计算如下表。
①为便于分析F与t的关系,在坐标纸上作出如图所示的图线,图线为____的关系图象
A.F-t, B.F-t2 C.F-
②结合表格中数据及图线特点,算出图线的斜率k=______ 。
③设AB间的距离为s,遮光条的宽度为d,由图线的斜率可求得滑块的质量为M为______。
【答案】 C; 82 2ks/d2
★针对练习1★做“探究功和速度变化的关系”实验时,有如图所示的甲、乙两套实验装置。请回答下列问题.
(1)两种实验装置操作正确的是_________
A.都不需要平衡摩擦力
B.乙图中小车的质量要远大于钩码的质量
C.甲图橡皮筋做的功可以直接测量
D.所用的打点计时器都必须使用交流电源
(2)用甲图实验装置打的纸带如丙图所示,其中AG段小车做加速运动,GK段小车做匀速运动,那么应该用_________(填“AG” 或“GK”)段来计算小车的速度。
(3)用乙图实验装置在正确操作情况下打出的纸带如丁图所示。某同学想利用BE段验证动能定理,测出纸带上AC间的距离, DF间的距离,BE间的距离。那么,该同学用天平分别测出小车质量M; 钩码的总质量m;已知打点计时器的打点频率为f,从打B点到打E点的过程中,合力对小车做的功是_____________,小车动能的增量是________________。(用题中的物理量符号表示)
【答案】 BD GK
★针对练习2★某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”
,如图,他们将拉力传感器固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小.在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器记录小车通过A、B时的速度大小.小车中可以放置砝码.
(1)实验主要步骤如下:
①测量___________和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上另一端通过定滑轮与钩码相连;正确连接所需电路;
②将小车停在C点,___________,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及小车通过A、B时的速度.
③在小车中增加砝码,或___________,重复②的操作. (2)表1是他们测得的一组数据,其中M是M1与小车中砝码质量m之和,|v22-v12| 是两个速度传感器记录速度的平方差,可以据此计算出动能变化量ΔE,F是拉力传感器受到的拉力,W是F在A、B间所作的功.表格中ΔE3=__________,W3=___________.(结果保留三位有效数字)
(3)根据表1,请在如图中的方格纸上作出ΔE-W图线______________________.
【答案】 小车、砝码 然后释放小车 减少砝码 0.600 0.610